太陽能空調(diào)原理范文
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汽車太陽能空調(diào)是利用硅型太陽能電池吸收太陽光，太陽輻射能量的光譜,主要以可見光為中心,從0.3um的近紫外線到幾微米的紅外線。光照射在半導(dǎo)體中存在內(nèi)電場(chǎng)E的位置，形成合電子－電子空穴對(duì)，在電場(chǎng)的作用下，導(dǎo)帶中的光生電子聚集在右側(cè)，價(jià)帶中的電子空位聚集在左側(cè)，產(chǎn)生荷電載體的極化，因此半導(dǎo)體的兩側(cè)產(chǎn)生電勢(shì)差，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過連接半導(dǎo)體制冷片使其工作。在半導(dǎo)體制冷片中，由于接觸電位差的存在，使通過接頭的電子經(jīng)歷電位突變，當(dāng)接觸電位差與外電場(chǎng)反向時(shí)，電子反抗電場(chǎng)力做功eU1,2，其能量來自接頭處的晶體點(diǎn)陣，結(jié)果使接頭溫度下降，并從周圍環(huán)境吸收熱量，達(dá)到降低周圍溫度的效果。太陽能空調(diào)本身是一個(gè)具有自我調(diào)節(jié)能力的系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)化的能量與太陽光的強(qiáng)度成正比，即太陽光越強(qiáng)，它能轉(zhuǎn)換的熱能也越多。
二、太陽能電池簡介
硅型太陽能電池工作原理與結(jié)構(gòu)。太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體采用半導(dǎo)體硅組成。
正電荷為硅原子，負(fù)電荷為圍繞在硅原子旁邊的四個(gè)電子。空穴因?yàn)闆]有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成P（positive）型半導(dǎo)體。
同樣，摻入磷原子以后，因?yàn)榱自佑形鍌€(gè)電子，所以就會(huì)有一個(gè)電子變得非常活躍，形成N（negative）型半導(dǎo)體。
N型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而P型半導(dǎo)體中含有較多的電子，這樣，當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，就會(huì)在接觸面形這就是PN結(jié)。
當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動(dòng)，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源。
由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過p－n結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動(dòng)，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結(jié)，以增加入射光的面積。
另外硅表面非常光亮，會(huì)反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。
將反射損失減小到5％甚至更小。一個(gè)電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（通常是36個(gè)）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能光電板。
三、制冷部分
1.制冷片的組成材料。半導(dǎo)體制冷也稱熱電制冷，是從20世紀(jì)50年展起來的一門介于制冷技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)邊緣的學(xué)科。它利用特種半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)，形成熱電偶對(duì)，產(chǎn)生帕爾帖效應(yīng)，通過直流電制冷的一種新型制冷方式。
2.散熱風(fēng)扇的組成材料。散熱風(fēng)扇所使用的散熱片材料是鋁合金，鋁的重量非常輕，因?yàn)榧冧X太達(dá)于柔軟，所以都會(huì)加入少量的其他金屬，鑄造而成為鋁合金，以獲得適當(dāng)?shù)挠捕龋贿^鋁還是占了約百分之九十八左右。
四、控制電路部分
各元件簡介：
(1)單片機(jī)－P89LPC922。P89LPC922是一款單片封裝的微控制器，適合于許多要求高集成度、低成本的場(chǎng)合。可以滿足多方面的性能要求。P89LPC922采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時(shí)間只需2到4個(gè)時(shí)鐘周期。6倍于標(biāo)準(zhǔn)80C51器件。P89LPC922集成了許多系統(tǒng)級(jí)的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本。
(2)SP6641B－165mA/500mA堿性DC/DC升壓型穩(wěn)壓器。SP6641一款DC-DC升壓調(diào)節(jié)器，其靜態(tài)電流極低，電池轉(zhuǎn)換效率很高，多用于一些電池供電的設(shè)備中，如PDA、MP3播放器，及其他手持式設(shè)備，SP6641靜態(tài)電流為10uA，并具有一個(gè)0.3Ω的N通道充電開關(guān)，最低啟動(dòng)電壓為0.9V，并具有0.33A或1.0A感應(yīng)電流限制模塊。SP6641提供5引腳SOT-23封裝。SHDN引腳上1nA電流的低電平，即可控制SP6641。
(3)溫度傳感器－LM75A。①LM75A概述。LM75A是一個(gè)高速I2C接口的溫度傳感器，可以在-55℃～+125℃的溫度范圍內(nèi)將溫度直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并可實(shí)現(xiàn)0.125℃的精度。MCU可以通過I2C總線直接讀取其內(nèi)部寄存器中的數(shù)據(jù)，并可通過I2C對(duì)4個(gè)數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行操作，以設(shè)置成不同的工作模式。LM75A有3個(gè)可選的邏輯地址管腳，使得同一總線上可同時(shí)連接8個(gè)器件而不發(fā)生地址沖突。
LM75A可配置成不同的工作模式。它可設(shè)置成在正常工作模式下周期性地對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控，或進(jìn)入關(guān)斷模式來將器件功耗降至最低。OS輸出有2種可選的工作模式：OS比較器模式和OS中斷模式，OS輸出可選擇高電平或低電平有效。正常工作模式下，當(dāng)器件上電時(shí)，OS工作在比較器模式，溫度閾值為80℃，滯后閾值為75℃。②LM75A內(nèi)部寄存器。溫度寄存器是一個(gè)只讀寄存器，包含2個(gè)8位的數(shù)據(jù)字節(jié)，由一個(gè)高數(shù)據(jù)字節(jié)（MS）和一個(gè)低數(shù)據(jù)字節(jié)（LS）組成。這兩個(gè)字節(jié)中只有11位用來存放分辨率為0.125℃的Temp數(shù)據(jù)（以二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)據(jù)的形式）。對(duì)于8位的I2C總線來說，只要從LM75A的“00地址”連續(xù)讀兩個(gè)字節(jié)即可（溫度的高8位在前）。
③I2C串行接口。在主控器的控制下，LM75A可以通過SCL和SDA作為從器件連接到I2C總線上。主控器必須提供SCL時(shí)鐘信號(hào)，可以通過SDA讀出器件數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入到器件中。注意：必須在SCL和SDA端分別連接一個(gè)外部上拉電阻，阻值大約為10kΩ。LM75A從地址（7位地址）的低3位可由地址引腳A2、A1和A0的邏輯電平來決定。地址的高4位預(yù)先設(shè)置為‘1001’。表5給出了器件的完地址，從表中可以看出，同一總線上可連接8個(gè)器件而不會(huì)產(chǎn)生地址沖突。由于輸入管腳SCL、SDA、A2-A0內(nèi)部無偏置，因此在任何應(yīng)用中它們都不能懸空（這一點(diǎn)很重要）。
五、汽車太陽能空調(diào)的優(yōu)點(diǎn)
能源短缺與環(huán)境污染是目前人類面臨的兩大問題。因而開發(fā)新的節(jié)能，環(huán)保，經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品是時(shí)代的要求。而汽車太陽能空調(diào)就是順應(yīng)時(shí)代的產(chǎn)物。我設(shè)計(jì)的汽車太陽能空調(diào)主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)約能源，節(jié)省資金。能源危機(jī)問題將影響我國經(jīng)濟(jì)快速健康的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)新能源將是我們未來的解決方向，而太陽能就是其中的一種。（2）綠色環(huán)保。汽車太陽能半導(dǎo)體空調(diào)是利用太陽能電池轉(zhuǎn)化的直流電來驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體制冷片制冷而不會(huì)產(chǎn)生有害氣體。而傳統(tǒng)的汽車空調(diào)是利用燃燒汽油而獲得電能來驅(qū)動(dòng)的。（3）結(jié)構(gòu)簡單，便宜可行汽車太陽能空調(diào)主要由三部分組成：太陽能電池板，制冷部分，控制部分。綜上可以得出一款汽車太陽能空調(diào)價(jià)格在3000元左右。（4）便于安裝使用。無論是新車還是舊車都可以方便的安裝上汽車太陽能空調(diào)，我們只需將薄膜狀的太陽能電池（國內(nèi)外已有生產(chǎn)）貼在車的頂棚，然后將導(dǎo)線接入空調(diào)即可。
